Трехкорпусная выпарная установка для упаривания водных растворов NaNOз (стр. 3 из 5)
Следовательно, сумма температурных депрессий:
.Далее в расчетах определяем гидростатические депрессии по корпусам. По [11. Приложению таблицы Б.1 стр.29] или [6] находим плотность водных растворов NaNO3 при 20°С и соответствующих концентрациях в корпусах:
ρ1 =1025,6 κг/м2, ρ2 = 1041,66 кг/м2 р3 = 1127,8 кг/м3.
Используя для вычислений формулы (5) и (4), определяем оптимальную высоту уровня Нотп и давление в среднем слое выпариваемого раствора Рср по коппусам:
(6)где p - плотность раствора, кг/м ;
Рвт - давление вторичных паров, Па;
H опт- оптимальная высота уровня при выпаривании в аппаратах с
естественной циркуляцией раствора, м.
Нопт 
(7)
где рв - плотность воды кг/м';
Нтр - рабочая высота труб, м.
Давлениям Рср соответствуют следующие температуры:
Tcp1= 153,92°С; Tcp2= 131,12 °С; Tcp3= 68,43 °С;
Тогда гидростатическая депрессия по корпусам:
Сумма всех гидростатических депрессий:
Принимаем гидравлическую депрессию для каждого корпуса
Для трех корпусов
Сумма всех температурных потерь для установки в целом:
Температура кипения раствора в каждом корпусе
результаты расчетов сводим в таблицу 2.
Таблица 2 - Температуры кипения растворов по корпусам
| Корпус | Температура вторичного пара tвт, ºС | Сумма температур-ных потерь, ºС | Температура кипения раствора tк, ºС |
| 1 | 153,9 | 2,38 | 166,19 |
| 2 | 130,24 | 3,15 | 144,73 |
| 3 | 59,70 | 10,98 | 103,98 |
3.1.3 Определение полезной разности температур
Общая разность температур для всей установки:
,где tг1 — температура греющего пара на входе в 1 корпус
tбк — температура пара на входе в барометрический конденсатор.
Общая полезная разность температур равна:
Полезные разности температур по корпусам сведены в таблицу 3.
Таблица 3- Полезные разности температур по корпусам.
| Корпус | Температура греющего пара tг, ºС | Температура кипения раствора tк, ºС | Полезная разность температур Δtпол, ºС |
| 1 | 169,6 | 155,59 | 14,01 |
| 2 | 153,77 | 133,05 | 20,72 |
| 3 | 130,24 | 71,37 | 58,87 |
3.1.4 Определение тепловых нагрузок
Составляем уравнение теплового баланса для каждого корпуса, используя уравнение (8). Принимаем тепловые потери в окружающую среду по 1, 2 и 3 корпусам равными 5; 3 и 2% соответственно [3,стр. 18.].Поскольку Qкон значительно меньше 3% от QЗ, то в уравнениях тепловых балансов корпусов пренебрегаем величиной Qкон. Для решения уравнений теплового баланса исходные данные сводим в таблицу 4.
Q = W · I + Gк · Cк ·tк - Gн · Cн · tн + Qкон + Qn , (8)
где W — количество вторичного пара, получаемого в n-ом корпусе
I — энтальпия вторичного пара, Дж/кг
Gн— количество исходного раствора, кг/с
Cн — теплоёмкость исходного раствора, Дж/кгК
tн — температура исходного раствора, ºС
GK. СкtK- количество, теплоемкость и температура упаренного раствора в тех же единицах измерения;
tн — температура упаренного раствора, ºС
Qкон — теплота концентрирования, Вт
Qn — потери теплоты в окружающую среду, Вт.
Таблица 4 -Исходные данные для решения уравнений теплового баланса.
| Наименование параметров | Корпус | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Количество исходного раствора Gн, кг/с | 6,944 | 5,19 | 3,261 |
| Количество вторичного пара W, кг/с | 1,754 | 1,929 | 2,104 |
| Количество упаренного раствора Gк, кг/с | 5,19 | 3,261 | 1,157 |
| Температура исходного раствора tн, ºС | 154,74 | 155,59 | 133,05 |
| Температура упаренного раствора tк, ºС | 155,59 | 133,05 | 71,37 |
| Энтальпия вторичного пара I, Дж/кг | 2759.6 | 2726 | 2607 |
| Концентрация исходного раствора, %(масс.) | 3,00 | 4,00 | 6,39 |
| Концентрация упаренного раствора, %(масс.) | 4,00 | 6,39 | 18,00 |
| Теплоёмкость исходного раствора Cн, Дж/кгК | 4033 | 3993 | 3894 |
| Теплоёмкость упаренного раствора Cк, Дж/кгК | 3993 | 3894 | 3105 |
| Теплота парообразования греющего пара r, кДж/кг | 2057 | 2108,2 | 2178,4 |
Применим метод интерполирования:
При Р=5 кгс/см2 I1=2754 кДж/кг ; При Р=6 кгс/см2 I1=2768 кДж/кг;
;При Р=2 кгс/см2 I1=2710 кДж/кг ; При Р=3 кгс/см2 I1=2730 кДж/кг ;
;При Р=0,2 кгс/см2 I1=2607 кДж/кг.
Расход тепла в 1 корпусе:
Расход греющего пара в 1 корпусе:
Расход тепла во 2 корпусе:
Расход греющего пара во 2 корпусе:
Греющим паром во 2 корпусе является вторичный пар 1 корпуса. Ранее найдено W1 = 1,754 кг/с. Расхождение:
Расход тепла в 3 корпусе:
Расход греющего пара в 3 корпусе:
Греющим паром в 3 корпусе является вторичный пар 2 корпуса. Ранее найдено W1 = 1,929 кг/с. Расхождение:
Таким образом найдено:
W1=1,8192 кг/с; W2=1,897кг/с; W3=2,0708 кг/с
Wобщ= 5,787-3,716 = 2,0708 кг/с
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (W1=1,754 кг/с, W2=1,929 кг/с, W3= 2,104 кг/с) не превышает 4%, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам. Если же расхождение составит более 5%, необходимо заново повторить расчет, положив в основу расчета распределение нагрузок по испаряемой воде, полученное из решения балансовых уравнений.
3.1.5 Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам
Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяем по уравнению:
(9)где а1- коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/м2 · К;
- суммарное термическое сопротивление стенки и загрязнений, м2 · К/Вт;а2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору Вт/м2 · К.
В качестве конструкционного материала принимаем сталь марки Х17, с коэффициентом теплопроводности λст = 25,1 Вт/м·К. Термическое сопротивление со стороны пара не учитываем. Тогда суммарное термическое сопротивление
Коэффициент теплоотдачи а1 от стенки к кипящему раствору определяем по уравнению:
(10)где r — теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;
ρж — плотность конденсата, кг/м3;
λж — теплопроводность конденсата, Вт/м·К;
μж — вязкость конденсата, Па·с;
Нтр — высота труб, м;
Δt1 — разность температур конденсации пара и стенки, ºС,
В первом приближении примем Δt1 = 2,0ºС.
Величины ρж, λж, μж определяем по средней температуре плёнки:
ρж, = 897,8 кг/м3; λж = 0,673 Вт/м·К; μж = 0,1643·10-3 Па·с;
